JP2022042699A - 回転電機の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、可変界磁型の回転電機において、界磁コイルの冷却性能を向上することを目的とする。【解決手段】この可変界磁型の回転電機は、シャフトに固設されたロータコアと、ロータコアの外周側に設けられたステータコアと、ステータコアに巻回される三相の巻線を有するステータコイルと、ステータコアの側面側に設けられた界磁コアと、界磁コアと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、界磁コイルを保持するボビンと、を備える。ボビンは、シャフトの回転軸方向に界磁コイルを露出する切り欠きを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を界磁コイルによって可変する可変界磁型回転電機に関する。

特許文献１には、シャフトに設けられた円筒状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された環状のステータコアを有するステータと、ロータ及びステータを内包した環状の界磁ヨークと、ロータコアとステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁コイルと、を備えた回転電機が開示されている。この回転電機では、ステータ外周部に界磁ヨークの磁路を形成し、ロータ内部に界磁コアで軸線方向の磁路を形成している。

特開２０１３－１４３８６３号公報

上記文献に記載された可変界磁機構では、界磁コイルの通電に伴い発生した熱や、ステータコイル等のモータの内部で発生する熱は界磁コアにより区画された空間に籠もり易い。とりわけ、界磁コイルはボビンにより覆われているため、冷媒との接触面積が少なく、冷却性能に改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、界磁コイルと冷媒との接触面積を大きくすることで、界磁コイルの冷却性能を向上させることができる回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機は、回転可能なシャフトと、シャフトに固設された環状のロータコアと、ロータコアの外周側に設けられた環状のステータコアと、ステータコアに巻回される三相の巻線を有するステータコイルと、ステータコアの側面側に設けられた界磁コアと、界磁コアとロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、界磁コイルを保持するボビンと、を備え、ボビンは、シャフトの回転軸方向に界磁コイルを露出する切り欠きを有する。

本発明によれば、界磁コアから流れてきた冷媒と界磁コイルとの接触する面積を大きくすることで、冷却性能を向上することができる。

本実施形態の一例である可変界磁モータを部分的に示す軸方向断面図である。 本実施形態の一例であるボビンを軸方向からみた図である

課題を解決するための形態

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

図1は、本実施形態に係る可変界磁型の回転電機１を示す軸方向断面図である。なお、図１は、シャフト２の軸線を境に、回転電機１における径方向の半分を示している。

図１に示すように、可変界磁型の回転電機１は、シャフト２と、環状のロータコア２２と磁石２４とを含むロータ２０と、環状のステータコア３２とこれに巻回されるコイル３４を含むステータ３０を備える三相同期型回転電機を基本構成とする。この基本構成に、ステータコア３２よりも軸方向の両端側に配置される界磁コア４０と、界磁コア４０とロータ２０との間に磁気回路を形成することで、ロータコア２２とステータコア３２との磁束密度を制御可能な界磁コイル５０と、界磁コイルを保持するボビン６０と、を備える。

なお、以下では、「軸方向」とはシャフト２が伸びる方向をいい、「径方向」とは、シャフト２が伸びる方向と直交する方向をいう。「外周側」とは、径方向においてシャフト２から離れる方向をいい、「内周側」とは、径方向においてシャフト２に近づく方向をいう。また「側面」とは、軸方向における可変界磁モータ１の端面をいう。

ロータ２０は、シャフト２に固定され、ロータコア２２に設けられる磁石２４と、ステータ３０のコイル３４に三相交流を通電することで発生する回転磁界との協働作用で回転する回転子である。ロータコア２２は、電磁鋼板や圧粉磁粉などの磁性体で構成され、全体として丸状である。磁石２４は永久磁石であり、ロータコア２２に固定されている。

ステータ３０は、内周側で、ロータ２０の外周側に向かい合い、外周側で、図示されていないモータケースに固定されて保持される固定子である。ステータ３０は、ステータコア３２に分布巻あるいは集中巻の方法で巻き付けられるコイル３４に三相交流を通電することで三相回転磁界を生成する。ステータコア３２は、複数の電磁鋼板を積層して形成される。巻き付けられるコイル３４は、ステータコア３２の軸方向の両端部で突き出ることになるが、図１ではその部分をコイルエンド３６として示してある。

界磁コア４０は、ステータコア３２よりも軸方向の両端側に配置され、中心にシャフト２を通す貫通穴を有する。この界磁コア４０は、ステータコアから軸方向両側に伸びる環状の外壁部４１と、内周側に伸びるドーナツ板状の側壁部４２と、側壁部からロータコアの軸方向端面に向かって伸びる内壁部４３を含み、磁性材で構成される。内壁部４３の先端部は、ロータコア２２の軸方向端面に対向している。本実施形態では、側壁部４２の厚さが、径方向の外周側に向かうほど薄くなっている。外壁部４１は、ステータのコイルエンド３６よりも軸線方向外側まで延在している。

界磁コイル５０は、側壁部４２と内壁部４３の交差部の内側に配置される導体である。この界磁コイル５０に電流を流すことによって、界磁コア４０が磁化され、弱め界磁、強め界磁などの制御が可能となっている。なお、界磁コイル５０が配置される位置は、界磁コアを磁化できれば良いので、図1に限定されない。界磁コイル５０の材質としては、例えば銅を用いることができる。

図１に示すように、界磁コイル５０を保持する樹脂製の環状のボビン６０がシャフト２を包囲するように止着されている。ボビン６０は、筒形状の筒部６１と、筒部６１の両端にそれぞれ一体形成された環状のフランジとから構成されており、ここでは便宜上、軸方向において、側壁部４２側の環状のフランジを側壁部側フランジ６２といい、ロータ２０およびステータ２０側の環状のフランジをフランジ６３と呼ぶ。

本実施形態において、筒部６１は、内壁部４３に面接合して止着されている。ボビン６０には界磁コイル５０が巻き回されている。なお、本実施形態では、側壁部側フランジ６２が界磁コア４０の側壁部４２に面接合して止着されてもよく、また止着方法は、特に限定されない。

図１に示すように、矢印の向きに従って冷媒が流れることによって、コイルエンド３３や界磁コイル５０などが冷却される。図示しない冷却パイプがステータに沿うように設けられており、冷媒は、矢印で示す方向に界磁コア４０に設けられる図示しない複数の貫通孔からステータ３０のコイルエンド３６に向けて冷却パイプから放出される。本実施形態では、界磁コア４０に設けられる複数の貫通孔における開口は、コイル３４のコイルエンド３６に径方向に対向する。なお、冷媒は一例として、ＡＴＦ(Automatic Transmission Fluid)が用いられる。

図１をおよび図２を用いて本発明の特徴部について説明する。図１に示すように、ボビン６０は、側壁部側フランジ６２またはフランジ６３に切り欠き７０を有する。図２はボビン６０を軸方向から見た図を示している。より具体的には、側壁部側フランジ６２から見たボビン６０の全体を表す図である。図面奥行き方向には、ロータ２０、ステータ３０や界磁コイル５０が配置されている。本実施形態では、切り欠き７０の形状は丸状であるが、界磁コイル５０との接触面積を大きくすることができれば、この形状は特に限定されない。

なお、本実施形態によれば、側壁部側フランジ６２およびフランジ６３のどちらにも切り欠き７０を設ける構成としたが、側壁部側フランジ６２またはフランジ６３のうち、いずれか一方に切り欠き７０があれば良く、本実施形態に限定されることはない。

以上のように、本実施形態に係る回転電機１においては、界磁コイルを保持するボビンに切り欠きを設けることによって界磁コイルと冷媒との接触面積を大きくすることができる。これにより、界磁コイルが高温となることを抑制することができるため、界磁コイルの冷却性能を向上することができる。

なお、可変界磁型の回転電機として、車両搭載用の三相同期型を説明したが、これ以外の形式であっても、コイルが巻回されるステータと、永久磁石を含むロータを備える回転電機を可変界磁型とするものであればよい。また、車両搭載用以外の用途に用いられるものであってもよい。本実施形態では、ロータの永久磁石をロータコアの内部に永久磁石を埋め込む構成として説明したが、ロータコアの先端に設ける構成としてもよい。

１ 回転電機
２ シャフト
２０ ロータ
２２ ロータコア
２４ 磁石
３０ ステータ
３２ ステータコア
３４ コイル
３６ コイルエンド
４０ 界磁コア
４１ 外壁部
４２ 側壁部
４３ 内壁部
５０ 界磁コイル
６０ ボビン
６１ 筒部
６２ 側壁部側フランジ
６３ フランジ
７０ 切り欠き

Claims (1)

1. 回転可能なシャフトと、
   前記シャフトに固設された環状のロータコアと、
   前記ロータコアの外周側に設けられた環状のステータコアと、
   前記ステータコアに巻回される三相の巻線を有するステータコイルと、
   前記ステータコアの側面側に設けられた界磁コアと、
   前記界磁コアと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、
   前記界磁コイルを保持するボビンと、を備える可変界磁型の回転電機であって、
   前記ボビンは、前記シャフトの回転軸方向に前記界磁コイルを露出する切り欠きを有する、
   ことを特徴とする回転電機。
   

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